JP2021082528A - バッテリー温度管理装置 - Google Patents

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篤徳 橋本
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正文 吉田
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Abstract

【課題】ハイブリッド車でエンジンが停止した状態でもバッテリーの温度制御が可能な装置を構成する。【解決手段】複数のセルを有する複数のモジュールを備えてバッテリーＢが構成されている。複数のセルの温度を各別に計測する複数の温度センサと、複数のモジュールの複数のセルに熱媒流体を供給する熱交換流路１０とを備えている。熱交換流路１０が、熱媒流体を送る電動ポンプ１１と、熱媒流体を加熱する加熱部１３と、熱媒流体の熱を放熱するチラー部１２と、熱媒流体の流動方向を切り換える切換弁１４とを備えており、複数の温度センサで検出される温度情報に基づき、電動ポンプ１１と加熱部１３とチラー部１２と切換弁１４とを制御する温度制御ユニットを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に備えられるバッテリー温度管理装置に関する。
上記構成のバッテリー温度管理装置に関連する技術として、特許文献１には、冷媒が循環する冷媒流路と、ポンプと、内燃機関の運転時に冷媒の加温が可能な冷媒加温装置とを備え、暖機モードでは、冷媒を冷媒加温装置で加温することでバッテリーの温度上昇を図る点が記載されている。
また、特許文献１には、バッテリーに冷媒を循環させる冷媒流路に、ラジエータと冷媒加温装置とポンプとを直列に備えており、暖機モードでは、冷媒加温装置で冷媒を加温し、冷媒の冷却を必要とする場合には車両の走行に伴う走行風をラジエータに供給できるように構成されている。
また、特許文献１では、暖機モードにおいて冷媒を供給することによりバッテリーの温度が規定温度に達した後に、ポンプを逆回転させることにより冷媒を逆方向に流し、バッテリーを構成する複数のセルの温度差を抑制する点が記載されている。
特開２０１９−５５６４９号公報
特許文献１に記載されるハイブリッド車のように、バッテリーの電力で走行可能に構成された車両を考えると、バッテリーは、温度により充放電特性が変化するものであり、良好な充放電特性を得るために、バッテリーの温度管理が重要となる。
ハイブリッド車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）等に用いられるバッテリーは、最小単位のセルを複数積層した構造のモジュールを複数個備えて構成されている。従って、バッテリーの温度管理を行う際には、複数のモジュールに対して個別に冷媒の給排を行う必要があった。
また、特許文献１では、内燃機関が運転時に発生する熱や、運転時の発電による電気ヒータからの熱により冷媒加温装置で冷媒の加温を行うため、内燃機関が停止する状況では冷媒の温度上昇を図れないものであった。
このような理由から、ハイブリッド車においてエンジンが停止した状態でもバッテリーの温度制御が可能な装置が求められる。
本発明に係るバッテリー温度管理装置の特徴構成は、複数のセルを１つのモジュールとした複数の前記モジュールを含み、電流を供給するバッテリーと、複数の前記セルの温度を各別に計測する複数の温度センサと、複数の前記モジュールを冷却単位として、複数の前記モジュールの複数の前記セルに対し熱媒流体を供給する熱交換流路と、前記熱媒流体の温度を制御する温度制御ユニットと、を備え、前記熱交換流路が、前記熱媒流体を送り出す電動ポンプと、前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体を加熱する加熱部と、前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体の熱を放熱するチラー部と、前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体の流動方向を切り換える切換弁と、を有し、前記温度制御ユニットは、複数の前記温度センサで検出される温度情報に基づき、前記電動ポンプと前記加熱部と、前記チラー部と、前記切換弁とを制御する点にある。
この特徴構成によると、温度センサで検出される温度情報に基づいてバッテリーの温度上昇を図る場合には、温度制御ユニットが、電動ポンプを駆動し、加熱部で熱媒流体の温度を上昇させることにより、バッテリーの温度上昇が図られる。また、バッテリーの温度低下を図る場合には、温度制御ユニットが、電動ポンプを駆動し、チラー部によって熱媒流体の温度を低下させ、結果として、バッテリーの放熱が図られる。特に、熱交換流路は、バッテリーのモジュールを構成する複数のセルに対して熱媒流体を供給するため、複数のセルの温度の調整が実現する。セルに対する熱媒流体の供給には電動ポンプが使用されるので、エンジンが停止した状態でも熱媒流体の供給が可能となる。
従って、ハイブリッド車においてエンジンが停止した状態でもバッテリーの温度制御が可能な装置が構成された。
上記構成に加えた構成として、前記熱交換流路が、前記電動ポンプと前記チラー部と前記加熱部とを直列に配置した主流路と、前記モジュールを構成する複数の前記セルに対して所定の順序で前記熱媒流体を流す調温流路とを備え、前記切換弁が、前記調温流路に対して順方向に前記熱媒流体を流す順流状態と、前記調温流路に対して前記順方向と逆方向に前記熱媒流体を流す逆流状態とに切り換え自在に構成されても良い。
主流路の電動ポンプを駆動する状態でチラー部と加熱部とによって熱媒流体の温度を設定し、この熱媒流体を順流状態（順方向）に供給することで複数のセルの温度の管理が可能となる。また、熱媒流体を順流状態で供給する状態を継続した場合には、複数のセルのうち熱媒流体の流動方向の上流側と下流側とで温度差が拡大することもあり、このように温度差が拡大した場合に、熱媒流体を逆方向に流すように切換弁を操作することにより、熱媒流体を逆流状態で供給しモジュールを構成する複数のセルの温度の均一化も可能となる。
上記構成に加えた構成として、前記温度制御ユニットは、複数の前記温度センサで検出された温度のうちの最高温値と、最低温値との差が予め設定された設定値を超えた場合に、前記切換弁を制御して前記熱媒流体の流動方向を切り換えても良い。
これによると、複数の温度センサで検出された温度情報のうち最高温値と、最低温値との温度差に基づいて熱媒流体の流動方向を切り換えることにより、複数のセルの温度差を小さくすることが可能となる。
上記構成に加えた構成として、前記温度制御ユニットは、１つの前記モジュールを構成する複数の前記セルの温度を各別に検出する複数の前記温度センサで検出された温度のうちの最高温度値と、最低温度値との差が、予め設定された設定値を超えた場合に前記熱媒流体の流動方向を切り換えても良い。
これによると、1つのモジュールを構成する複数のセルの温度を温度センサで検出した最高温値と最低温値とに基づいて切換弁を制御することにより、１つのモジュールの複数のセルの温度差を大きくすることがない。
上記構成のいずれかに加えた構成として、前記温度制御ユニットが、複数の前記温度センサの少なくとも１つで検出される温度情報が低温設定値未満である場合に、前記電動ポンプを作動させると共に、前記加熱部で前記熱媒流体を加熱し、複数の前記温度センサの少なくとも１つで検出される温度情報が高温設定値を超える場合に、前記電動ポンプを作動させると共に、前記チラー部で前記熱媒流体を冷却しても良い。
これによると、複数の温度センサの少なくとも１つで検出される温度情報が低温設定値未満である場合には加熱部で熱媒流体を加熱し、複数の温度センサのすくなくとも１つで検出される温度情報が高温設定値を超える場合にはチラー部で熱媒流体の放熱を行うため、バッテリーを構成するすべてのセルを、高温設定値未満から低温設定値を超える温度範囲に維持することが可能となる。
温度管理装置の熱交換流路等を模式的に示す図である。 温度制御ユニットのブロック回路図である。 バッテリーのモジュールで熱媒流体の順方向への流れを示す図である。 バッテリーのモジュールで熱媒流体の逆方向への流れを示す図である。 温度制御ユニットの制御形態を示すフローチャートである。 別実施形態（ａ）の温度管理装置を模式的に示す図である。 別実施形態（ａ）の温度管理装置を模式的に示す図である。 別実施形態（ｂ）のバッテリーのモジュールで熱媒流体の順方向への流れを示す図である。 別実施形態（ｂ）のバッテリーのモジュールで熱媒流体の逆方向への流れを示す図である。 別実施形態（ｃ）の温度制御ユニットの制御形態を示すフローチャートである。 別実施形態（ｄ）のモジュール内の調温流路を示す図である。 別実施形態（ｅ）のモジュール内の調温流路を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１には、ハイブリッド型の車両において電動型の走行モータ１に電流を供給するバッテリーＢの温度管理を行うバッテリー温度管理装置Ｃ（以下、温度管理装置Ｃと称する）の熱交換流路１０などを示している。また、図２には、温度管理装置Ｃの温度制御ユニット８を示している。
ハイブリッド型の車両は、走行用エンジン（図示せず）と、走行モータ１との少なくとも一方の駆動力で走行可能に構成され、走行モータ１の駆動力を得る場合にはバッテリーＢの電流がインバータ２を介して走行モータ１に供給される。走行モータ１は発電機としても機能し、例えば、車両の走行速度を減ずる場合や、車両が坂道を下る場合には回生制動を行うことにより、走行モータ１によって車両の運動エネルギーを電流に変換し、この電流がバッテリーＢに充電される。
バッテリーＢは、温度により充電性能と放電性能とが変化するため、バッテリーＢが充放電に適さない温度にある場合には、温度管理装置Ｃが熱媒流体の温度上昇と温度低下との何れかを行うことで、バッテリーＢの温度が充放電に適した温度に維持される。
〔温度管理装置：熱交換流路〕
図１に示すように、温度管理装置Ｃの熱交換流路は、冷却水を用いた熱媒流体をバッテリーＢに供給する調温用の熱交換流路１０と、エアコン冷媒を車体の空調用の熱交換器２３とチラー部１２とに供給する冷媒流路２０とを備えている。また、同図には、走行モータ１と、この走行モータ１に供給する電流を制御するインバータ２との冷却を可能にする水を用いた熱媒流体を供給する温度制御流路３０を示している。尚、この温度制御流路３０は、走行モータ1やインバータ２から得た熱でバッテリーＢの暖機にも用いることが可能である。
熱交換流路１０は、主流路１０ａと、調温流路１０ｂと、ラジエータ流路１０ｃと、バイパス流路１０ｄとを備えている。尚、熱交換流路１０と、温度制御流路３０とは独立した流路として形成されているため、夫々の流路の熱媒流体は混じり合うことはない。
主流路１０ａには、調温ポンプ１１（電動ポンプの一例）と、チラー部１２と、電気ヒータで成る加熱部１３とが直列に配置されている。調温流路１０ｂは、主流路１０ａから供給される熱媒流体をバッテリーＢの複数のセル６（図３、図４の調温流路を参照）に供給するように構成され、電動式に作動する四方弁で成る切換弁１４を備えることにより熱媒流体の流動方向の切り換えが可能に構成されている。この切換弁１４が主流路１０ａと調温流路１０ｂとの境界に配置されている。
チラー部１２は、冷媒流路２０から冷媒が供給されるエバポレータの機能を有し、熱媒流体の放熱を行う。加熱部１３は電流が供給されることにより発熱する発熱体を有する電気ヒータとして構成され、発熱により熱媒流体の加熱を行う。
特に、切換弁１４の制御によりバッテリーＢに供給される熱媒流体の流動方向を切り換えることにより、バッテリーＢを構成する複数のセル６の温度差を小さくするように構成されている（制御形態は後述する）。
三方弁１５は、調温流路１０ｂからの熱媒流体を、ラジエータ流路１０ｃを介して第１ラジエータ１６に供給する状態と、調温流路１０ｂからの熱媒流体をバイパス流路１０ｄに流す状態との選択を可能に構成されている。
これにより、三方弁１５の制御により、調温流路１０ｂの熱媒流体を、ラジエータ流路１０ｃを介して第１ラジエータ１６に供給して放熱を行い、放熱の後の熱媒流体を調温ポンプ１１に戻すことが可能となる。また、三方弁１５の制御により、調温流路１０ｂの熱媒流体を、バイパス流路１０ｄを介して調温ポンプ１１に戻すことも可能となる。
冷媒流路２０は、冷媒を圧縮する電動型のコンプレッサー２１と、圧縮された冷媒の放熱を行うコンデンサ２２と、車両のルーム内の空調を行うエバポレータとして機能する熱交換器２３と、チラー部１２に対する冷媒の供給と遮断とを可能にする電磁式の開閉弁２４とを備え、熱交換器２３の上流側に膨張弁２５を備えている。
冷媒流路２０には、コンプレッサー２１から送り出される冷媒が、コンデンサ２２を介して熱交換器２３に供給されることで車両のルーム内の空調を可能にすると共に、開閉弁２４を解放して冷媒をチラー部１２に供給することにより、主流路１０ａの熱媒流体の放熱（冷却）を可能にする。
温度制御流路３０は、水を用いた熱媒流体を、前述したインバータ２と走行モータ１とに供給する電動型の放熱ポンプ３１を備え、熱媒流体の放熱を行う第２ラジエータ３２を備えている。
この温度制御流路３０では、放熱ポンプ３１の駆動によって温度制御流路３０に熱媒流体を循環させることでインバータ２と走行モータ１との放熱を可能にしている。尚、この温度制御流路３０に熱媒流体を供給する制御は、バッテリーＢの温度管理に直接的に関連しないものであり、バッテリー温度管理装置Ｃの構成には含まれない。
〔バッテリー〕
図３、図４に概要を示すように、バッテリーＢは、複数のモジュール５を有すると共に、複数のモジュール５の夫々が複数のセル６をモジュール化した形態で備え、複数のモジュール５に対して個別に熱媒流体を供給する調温流路１０ｂが形成されている。また、この構成では複数のモジュール５の夫々が冷却単位となる。
モジュール５は多数のセル６をモジュール化するものであるが、図３、図４には１つのモジュール５について５つのセル６を示しており、５つのセル６の識別を可能にするため、同図にはセル６の積層方向に沿って（１）〜（５）の符号を付している。また、モジュール５の数は４つに限るものではないが、図４には４つのモジュール５を示している。さらに、セル５の個数も５つに限るものではないが、図４には５つのセル５を示している。
図面には示していないがモジュール５は、ケーシングに収容され、このケーシングには複数のセル６の積層する方向に沿って熱媒流体を流すように調温流路１０ｂが形成されている。この調温流路１０ｂは、ケーシングのうちセル６の積層方向での両端部（図３、図４では上下の両端部）に連通している。
〔温度管理装置：制御構成〕
温度管理装置Ｃは、図２に示す温度制御ユニット８を備えている。この温度制御ユニット８は、複数のセル６の温度を個別に検出する温度センサ７の検出情報が入力すると共に、調温ポンプ１１と、開閉弁２４と、加熱部１３と、切換弁１４と、三方弁１５と、コンプレッサー２１と、放熱ポンプ３１とに制御情報を出力する。温度制御ユニット８は図５にフローチャートとして示す温度管理制御を実行するソフトウエアを備えている。
図５のフローチャートに示すように、バッテリーＢの充放電が行われていない場合には、バッテリーＢの温度管理を必要としないため、調温ポンプ１１を停止し、本制御をリターンする（＃１０１のＮｏ、＃１０２ステップ）。尚、＃１０２ステップでは、調温ポンプ１１が既に停止している場合には、停止状態が維持される。
これに対し、バッテリーＢの充電や放電が行われていることを判定し（＃１０１ステップのＹｅｓ）、複数の温度センサ７の検出結果から、温度センサ７の１つでも温度情報が０℃（低温設定値の一例）未満であることを判定した場合には（＃１０３ステップのＹｅｓ）調温ポンプ１１を作動させ、加熱部１３に電流を供給して熱媒流体の温度上昇が図られる（＃１０３〜＃１０５ステップ）。尚、このように加熱部１３で熱媒流体の温度上昇を図る場合には、開閉弁２４を閉塞する状態が維持される。
また、バッテリーＢの充電や放電が行われていることを判定し（＃１０１ステップのＹｅｓ）、温度センサ７の１つでも温度情報が０℃未満でなく（＃１０３ステップのＮｏ）、複数の温度センサ７の検出結果から、温度センサ７の１つでも温度情報が４０℃（高温設定値の一例）を超えることを判定した場合には（＃１０６ステップのＹｅｓ）調温ポンプ１１を作動させ、コンプレッサー２１を作動させ、開閉弁２４を解放することよりチラー部１２において熱媒流体の熱を奪い、熱媒流体の温度低下が図られる（＃１０６〜＃１０８ステップ）。尚、このようにチラー部１２で熱媒流体の温度低下が図られる場合には、加熱部１３に対する電流の供給が遮断する状態が維持される。
そして、＃１０６ステップで温度センサ７の検出結果の全てが温度情報が４０℃を超えないことが判定された場合には（＃１０６ステップのＮｏ）、本制御をリターンする。これによりバッテリーＢの充電や放電が行われている場合でも、バッテリーＢの温度が適正に維持される。
更に、熱媒流体の加熱と放熱とが行われた後には、バッテリーＢの複数のモジュール５の１つを構成する複数の温度センサ７のうち、熱媒流体が供給される最上流のセル６（図３、図４で（１）のセル６）の温度情報と、最下流のセル６（図３、図４で（５）のセル６）の温度情報との温度差を取得する（＃１０９ステップ）。この温度差の取得は複数のモジュール５の全てについて行われ、モジュール５の数だけ温度差の情報が取得される。
つまり、図３に示すように熱媒流体が流れる方向を順流状態と決め、図４に示すように熱媒流体が流れる方向を逆流状態と決めると、温度センサ７の１つでも温度情報が０℃未満であることを判定した場合（＃１０３ステップのＹｅｓ）における＃１０９ステップでは、熱媒流体が順流状態で流れる場合には、最上流のセル６（図３、図４で（１）のセル６）の温度情報が最高温度値となり、最下流のセル６（図３、図４で（５）のセル６）の温度情報が最低温度値となり、温度差は最高温度値と最低温度値との差の絶対値となる。このような理由から、取得した複数の温度差の１つでも、その絶対値が２℃（設定値の一例）より大きい場合に（＃１１０ステップのＹｅｓ）、切換弁１４の制御により熱媒流体の流動方向を逆流状態に切り換え（逆転させ）（＃１１０、＃１１１ステップ）、本制御をリターンする。また。＃１１０において温度差の絶対値が２℃より小さい場合には（＃１１０ステップのＮｏ）、熱媒流体の流動方向を変更することなく（流動方向を維持したまま）、本制御をリターンする。
つまり、＃１１０、＃１１１ステップの制御において、例えば、加熱部１３で熱媒流体の温度上昇が図られている状況において、図３に示す複数のモジュール５の複数のセル６に対し、同図に示す（１）〜（５）の各セル６に対し、この順序（順流状態）で熱媒流体が流れる場合には、最上流のセル６（同図で（１）のセル６）の温度と比較して、最下流のセル６（同図で（５）のセル６）の温度が低温となり、複数のセル６の性能が不均一となり、バッテリーＢの充放電特性が低下するおそれがある。
このような理由から、情報との温度差の絶対値が２℃を超えた場合には、図４に示すように熱媒流体の流動方向の逆転させることにより、複数のモジュール５の複数のセル６に対し、同図に示す（５）〜（１）の順序（逆流状態）で熱媒流体を流すことで、セル６の温度差の拡大を抑制し、セル６の性能が不均一となる不都合を解消し、バッテリーＢの充放電特性を良好な状態に維持している。
フローチャートには示していないが、インバータ２と走行モータ１とに温度を計測するセンサを備えており、センサで検出される温度が上昇した場合に放熱ポンプ３１を駆動し、第２ラジエータ３２で熱媒流体を冷却することにより、インバータ２と走行モータ１の温度上昇を抑制し適正な温度に維持できる。
〔制御形態の補足説明〕
図５のフローチャートでは、０℃を低温設定値とし、４０℃を高温設定値とすることにより、調温制御を実行するものであったが、最低温値と、最高温値は、フローチャートに示した値に限るものではなくフローチャートに示した値と異なる値であっても良い。また、＃１０３、＃１０６では複数の温度センサ７の何れか１つの温度情報に基づいて制御を判断していたが、例えば、複数の温度センサ７で検出される温度情報（例えば、平均値）が、前述した最高温値未満である場合や、複数の温度センサ７で検出される温度情報（例えば平均値）が、最高温値を超えた場合に制御を実行するように制御形態を設定しても良い。
また、＃１０９ステップでは、複数のモジュール５の各々において最高温度値と最低温度値とを取得していたが、これに代えて、全ての温度センサ７での検知結果から最高温度値と最低温度値とを取得し、この取得によりセル６の温度差を取得し、流動方向を切り換えるように制御形態を設定することも可能である。
フローチャートでは調温ポンプ１１による熱媒流体の流量の設定、あるいは、熱媒流体の温度上昇を図る場合に加熱部１３に供給する電流値の設定を説明していないが、例えば、目標値と、センサでの検出値との偏差に基づいて調温ポンプ１１の駆動速度を設定し、加熱部１３に供給する電流値を設定するように構成することも可能である。
〔実施形態の作用効果〕
このように、温度管理装置Ｃ（バッテリー温度管理装置Ｃの一例）が熱交換流路１０と、冷媒流路２０とを備え、温度制御ユニット８を備えて構成されることにより、バッテリーＢを構成する複数のセル６の１つでも、０℃未満まで低下した場合には、加熱部１３に電流を供給して熱媒流体の温度を上昇させ、結果として全てのセル６の温度を適正な温度まで上昇させ、バッテリーＢの性能低下を抑制する。また、バッテリーＢを構成する複数のセル６の１つでも、４０℃を超えた場合には、チラー部１２に冷媒を供給することで熱媒流体の温度を低下させ、結果として全てのセル６の温度を適正な温度まで低下させ、バッテリーＢの性能低下を抑制する。
また、この制御では、加熱部１３が電気ヒータで構成されているため、セル６の温度を上昇させるために、例えば、エンジンの排熱を利用するものと比較すると、エンジンが稼働しない状況でも温度上昇が可能となる。しかも、チラー部１２が電動型のコンプレッサー２１からの冷媒が供給されるため、例えば、エンジンで駆動されるコンプレッサーで冷媒を送る構成と比較すると、エンジンが稼働しない状況でも温度低下が可能となる。特に外気の供給によって放熱を行うものと比較して温度低下を確実に行える。
このような主流路１０ａにおける制御により熱媒流体の温度を設定する制御として、全てのセル６のうちの最も高温となる温度情報、最も低温である温度情報とに基づいて加熱と放熱とを行うため、全てのセル６の温度を適正な範囲に維持する。
特に、図３、図４に示すように、バッテリーＢを構成する複数のモジュール５の各々において複数のセル６が積層する方向に熱媒流体を流す構成に起因して、各モジュール５において最上流のセル６と、最下流のセル６との間に温度差が生ずる場合でも、熱媒流体の流動方向を逆転させることにより複数のセル６の間の温度差を小さくし、各セル６の性能を高く維持する。
このように熱媒流体の流動方向を切り換える制御を行う際には、複数のモジュール５の何れか１つのモジュール５を構成するセル６の温度差の絶対値が２℃を超えた場合に、熱媒流体の流動方向を逆向きに切り換えるため、全てのモジュール５を構成する複数のセル６（バッテリーＢの全てのセル６に等しい）の温度差を小さくする。
尚、この温度管理装置Ｃは、インバータ２と走行モータ１とを適正な温度に維持することも可能となる。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
（ａ）図６に示すように、熱交換流路１０のうち、調温ポンプ１１と、チラー部１２と、電気ヒータで成る加熱部１３とを直列に配置した主流路１０ａにおいて熱媒流体の放熱と加熱とを行えるように構成し、主流路１０ａから調温流路１０ｂに供給される熱媒流体の流動方向を切り換える切換弁１４を備える。この別実施形態（ａ）では、実施形態に記載した第１ラジエータ１６と第２ラジエータ３２とに代えて複合ラジエータ３３を備えており、熱交換流路１０の熱媒流体と温度制御流路３０の熱媒流体とを共通して用いるように構成されている。
つまり、この別実施形態（ａ）では、熱交換流路１０が、上記の実施形態と共通する構成の主流路１０ａと、切換弁１４を備えた調温流路１０ｂと、バイパス流路１０ｄとを備えている。また、冷媒流路２０が、上記の実施形態と共通する構成のコンプレッサー２１と、コンデンサ２２と、熱交換器２３と、開閉弁２４とを備えている。
これに対し、温度制御流路３０は、インバータ２と、走行モータ１と熱媒流体を供給するため実施形態と共通する流路構造を備えるものであるが、上記の実施形態と異なる位置に放熱ポンプ３１を備え、熱交換流路１０と温度制御流路３０との間で流体の流れを制御するため電動式に作動する四方弁で成る流路切換弁３４を備えている。温度制御流路３０には、熱媒流体の放熱を行うために複合ラジエータ３３を備えており、温度制御流路３０に流れる熱媒流体を複合ラジエータ３３に流さずに戻すため三方弁で成る流路制御弁３６と放熱バイパス流路３５とを備えている。
この構成から、別実施形態（ａ）の温度管理装置Ｃ（バッテリー温度管理装置の一例）では、流路切換弁３４を図６に示す位置に設定した場合には、調温ポンプ１１の駆動により熱交換流路１０の主流路１０ａと、調温流路１０ｂと、バイパス流路１０ｄとに熱媒流体を循環させ、チラー部１２と加熱部１３とで熱媒流体の調温を可能にしている。更に、このようにバッテリーＢの温度管理を行う際に切換弁１４の制御により熱媒流体の流動方向の切り換えも可能となる。
これに対し、流路切換弁３４を図７に示す位置に設定した場合には、放熱ポンプ３１を駆動することによりインバータ２と走行モータ１とに送られた熱媒流体を複合ラジエータ３３に供給して放熱を可能にする。また、このように放熱ポンプ３１を駆動する際に、流路制御弁３６の制御によって、温度制御流路３０の熱媒流体を放熱バイパス流路３５に熱媒流体を流し、過剰な放熱を抑制することも可能となる。
特に、この別実施形態（ａ）では、流路切換弁３４を図７に示す位置に設定した状態で調温ポンプ１１と放熱ポンプ３１とを同時または単独で駆動することにより、熱交換流路１０に流れた熱媒流体を、流路切換弁３４を介して温度制御流路３０に送り、複合ラジエータ３３又は放熱バイパス流路３５を介して放熱ポンプ３１に戻すように熱媒流体を循環させることが可能となる。
このように熱媒流体が循環するように構成することにより、単一の複合ラジエータ３３で放熱が可能となるだけでなく、流路が単純化して装置の小型化も可能にする。
（ｂ）図８、図９に示すように、バッテリーＢの複数のモジュール５に形成される調温流路１０ｂを、複数のセル６の夫々において、セル６が積層する方向に熱媒流体を流す縦流路１０ｙと、この縦流路１０ｙの中央から分岐する分岐流路１０ｘとで構成する。この構成では、複数のモジュール５の数に等しい数の分岐流路１０ｘが形成されるが、これらの分岐流路１０ｘに流れる熱媒流体を合流させて流すように単一の分岐流路１０ｘを示している。
モジュール５は多数のセル６を積層するものであるが、図８、図９には１つのモジュール５に対して５つのセル６を有するものを示しており、５つのセル６の識別を可能にするため、同図には積層方向に沿って（１）〜（５）の符号を付している。従って、この別実施形態（ｂ）では、分岐流路１０ｘは（３）の符号を付したセル６の位置において縦流路１０ｙから分岐することになる。
この別実施形態（ｂ）では、図８に示すようにセル６の積層方向の両端から縦流路１０ｙに熱媒流体が供給された場合には、分岐流路１０ｘから熱媒流体が送り出されることになる。これに対し、図９に示すように分岐流路１０ｘから熱媒流体が供給された場合には、この分岐流路１０ｘから供給された熱媒流体がセル６の積層方向の両端側に向け、縦流路１０ｙを流れることになる。
このように別実施形態（ｂ）では、図８に示すように熱媒流体が供給される状態と、図９に示すように熱媒流体が供給される状態とに切り換えることにより、両端位置のセル６と中央のセル６との温度差を小さくすることが可能となる、
（ｃ）前述した別実施形態（ｂ）のよう流路が形成されたバッテリーＢを備えた車両では、温度管理装置Ｃの制御形態を図１０のフローチャートのように設定することが考えられる。また、この別実施形態（ｃ）では、実施形態の図１に示された構成の温度管理装置Ｃにおける制御形態を説明している。
つまり、図１０のフローチャートに示すように、バッテリーＢの充放電が行われていない場合には、バッテリーＢの温度調整を必要としないため、調温ポンプ１１を停止し、本制御をリターンする（＃２０１のＮｏ、＃２０２ステップ）。尚、＃２０２ステップでは、調温ポンプ１１が既に停止している場合には、停止状態が維持される。
これに対し、バッテリーＢの充電や放電が行われていることを判定し（＃２０１ステップのＹｅｓ）、複数の温度センサ７の検出結果から、温度センサ７の１つでも温度情報が０℃（低温設定値の一例）未満であることを判定した場合には（＃２０３ステップのＹｅｓ）調温ポンプ１１を作動させ、加熱部１３に電流を供給して熱媒流体の温度上昇が図られる（＃２０３〜＃２０５ステップ）。尚、このように加熱部１３で熱媒流体の温度上昇を図る場合には、開閉弁２４を閉塞する状態が維持される。
また、バッテリーＢの充電や放電が行われていることを判定し（＃２０１ステップのＹｅｓ）、温度センサ７の１つでも温度情報が０℃未満でなく（＃２０３ステップのＮｏ）、複数の温度センサ７の検出結果から、温度センサ７の１つでも温度情報が４０℃（高温設定値の一例）を超えることを判定した場合には（＃２０６ステップのＹｅｓ）調温ポンプ１１を作動させ、コンプレッサー２１を作動させ、開閉弁２４を解放することよりチラー部１２において熱媒流体の熱を奪い、熱媒流体の温度低下が図られる（＃２０６〜＃２０８ステップ）。尚、このようにチラー部１２で熱媒流体の温度低下が図られる場合には、加熱部１３に対する電流の供給が遮断する状態が維持される。
そして、＃２０６ステップで温度センサ７の検出結果の全てが温度情報が４０℃を超えないことが判定された場合には（＃２０６ステップのＮｏ）、全ての温度センサ７の温度情報を取得し、熱媒流体が流れる始端と終端のセル６のセル間温度差を個別に取得し、取得したセル間温度差（厳密には温度差の絶対値）が２℃（設定値の一例）を超える場合には、調温ポンプ１１を作動させるものの、加熱も放熱も行わない制御が行われる（＃２０９、＃２１０ステップ）。
つまり、図８において始端（最上流）のセル６は、（１）、（５）のセル６であり、終端（最下流）のセル６は、（３）のセル６である。また、図９において始端（最上流）のセル６は、（３）のセル６であり、終端（最下流）のセル６は、図８の（１）、（５）のセル６である。特に、セル間温度差を取得する場合に、モジュール単位でなくても良く、バッテリーＢの始端のセル６と終端のセル６との温度差をセル間温度差として取得しても良い。
特に、図１０のフローチャートでは、＃２０９ステップの後には、調温ポンプ１１を作動させると共に、セル間温度差を小さくするように熱媒流体の加熱あるいは放熱を行うように制御形態を設定しても良い。
そして、＃２０９ステップでセル間温度差が２℃を超えない場合には（＃２０９ステップのＮｏ）、本制御をリターンする。これによりバッテリーＢの充電や放電が行われている場合でも、バッテリーＢの温度が適正に維持される。
また、熱媒流体の加熱と放熱とが行われた後には、バッテリーＢの複数のモジュール５の１つを構成する複数の温度センサ７のうち、熱媒流体が供給される最上流のセル６（図８で（１）、（５）のセル６、図９で（３）のセル６）の温度情報と、最下流のセル６（図８で（３）のセル６、図９で（１）、（５）のセル６）の温度情報との温度差を取得する（＃２１１ステップ）。このような温度差の取得は複数のモジュール５の全てについて行われ、モジュール５の数だけ温度差の情報が取得される。
そして、取得した複数の温度差の１つでも、その絶対値が２℃より大きい場合に（＃２１２ステップのＹｅｓ）、切換弁１４の制御により熱媒流体の流動方向を切り換え（逆転させ）（＃２１２、＃２１３ステップ）、本制御をリターンする。また。＃１１０において温度差の絶対値が２℃より小さい場合には（＃２１２ステップのＮｏ）、熱媒流体の流動方向を変更することなく（流動方向を維持したまま）、本制御をリターンする。
この別実施形態（ｃ）の制御では、調温制御を実行する際の温度値はフローチャートに示した値に限るものではなく、異なる値であっても良い。また、＃２０３、＃２０６では温度センサ７の１つの温度情報に基づいて制御を判断していたが、例えば、複数の温度センサ７で検出される温度情報（例えば、平均値）が、前述した最高温値未満である場合や、複数の温度センサ７で検出される温度情報（例えば平均値）が、最高温値を超えた場合に制御を実行するように制御形態を設定しても良い。
図１０に示すフローチャートでは調温ポンプ１１による熱媒流体の流量の設定、あるいは、熱媒流体の温度上昇を図る場合に加熱部１３に供給する電流値の設定を説明していないが、例えば、目標値と、センサでの検出値との偏差に基づいて調温ポンプ１１の駆動速度を設定し、加熱部１３に供給する電流値を設定するように構成することも可能である。
（ｄ）図１１に示す主流路１０ａは、実施形態の図３、図４に示した調温流路の変形例であり、バッテリーＢの外部から供給される熱媒流体が、複数のモジュール５の何れに供給される場合でも、等しい距離だけ流れた後にバッテリーＢから排出されるように調温流路１０ｂが構成されている。
この別実施形態（ｄ）では、実施形態と同様に調温ポンプ１１（電動ポンプの一例）と、チラー部１２と、電気ヒータで成る加熱部１３とが主流路１０ａにおいて直列に配置され、熱媒流体の流動方向を切り換えてバッテリーＢの調温流路１０ｂに供給する切換弁１４を備えている。尚、図１１に示す調温流路においても切換弁１４の制御により熱媒流体の流動方向を逆流状態に切り換えることが可能である。
図１１に示すように調温流路１０ｂが構成されることにより、切換弁１４の制御により熱媒流体の流動方向が何れの方向に設定されていても、複数のモジュール５の夫々に流れる熱媒流体に作用する流路抵抗が等しくなり、結果として複数のモジュール５に流れる熱媒流体の量を均一化し、複数のモジュール５での温度の均一化を可能にする。
（ｅ）図１２に示す主流路１０ａは、別実施形態（ｂ）の図８、図９に示した調温流路の変形例であり、バッテリーＢの外部から供給される熱媒流体が、縦流路１０ｙに流れる際に複数のモジュール５の何れにおいても積層方向の両端側に作用する圧力を均一化するように構成されている。
この別実施形態（ｅ）では、別実施形態（ｂ）と同様に調温ポンプ１１（電動ポンプの一例）と、チラー部１２と、電気ヒータで成る加熱部１３とが主流路１０ａにおいて直列に配置され、熱媒流体の流動方向を切り換えてバッテリーＢの調温流路１０ｂに供給する切換弁１４を備えている。尚、図１２に示す調温流路においても切換弁１４の制御により熱媒流体を縦流路１０ｙから分岐流路１０ｘに流す方向と、この逆に熱媒流体を流す方向とに切り換えることが可能である。
図１２に示すように調温流路１０ｂが構成されることにより、同図に示すように切換弁１４が制御され、縦流路１０ｙから分岐流路１０ｘに熱媒流体が流れる場合には複数のモジュール５の両端に作用する圧力を均一化できる。また、切換弁１４の制御により分岐流路１０ｘから縦流路１０ｙに熱媒流体が流れる場合には、複数のモジュール５にの縦流路１０ｙに作用する流路抵抗の均一化できる。この結果、複数のモジュール５の夫々に流れる熱媒流体の流量のバラツキの抑制が可能となる。
（ｆ）バッテリーＢに対する熱媒流体の流動方向の切り換えを可能にするため、実施形態に記載した四方弁で成る単一の切換弁１４に代えて、例えば、複数の開閉弁や三方弁等を組み合わせ、これらを選択的に制御することにより、熱媒流体の流動方向の切り換えを可能にするように構成する。
（ｇ）例えば、バッテリーＢの充放電が行われない状況であっても、バッテリーＢの温度管理を可能にするため、例えば、車両のメインスイッチをＯＮ操作した場合等のタイミングで温度管理のバッテリーＢが充放電されない状況において温度制御ユニット８による制御を実行するように制御形態を設定しても良い。
この別実施形態（ｇ）のように制御形態を設定することにより、例えば、車両の走行を開始する際に、必要とする電流を走行モータ１に即座に供給することが可能となり、走行性能を低下させることもない。
本発明は、車両に備えられるバッテリー温度管理装置に利用することができる。
１ 走行モータ
５ モジュール
６ セル
７ 温度センサ
８ 温度制御ユニット
１０ 熱交換流路
１０ａ 主流路
１０ｂ 調温流路
１１ 調温ポンプ（電動ポンプ）
１２ チラー部
１３ 加熱部
１４ 切換弁
Ｂ バッテリー
Ｃ 温度管理装置（バッテリー温度管理装置）

Claims (5)

  1. 複数のセルを１つのモジュールとした複数の前記モジュールを含み、電流を供給するバッテリーと、
    複数の前記セルの温度を各別に計測する複数の温度センサと、
    複数の前記モジュールを冷却単位として、複数の前記モジュールの複数の前記セルに対し熱媒流体を供給する熱交換流路と、
    前記熱媒流体の温度を制御する温度制御ユニットと、を備え、
    前記熱交換流路が、
    前記熱媒流体を送り出す電動ポンプと、
    前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体を加熱する加熱部と、
    前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体の熱を放熱するチラー部と、
    前記熱交換流路を流れる前記熱媒流体の流動方向を切り換える切換弁と、を有し、
    前記温度制御ユニットは、複数の前記温度センサで検出される温度情報に基づき、前記電動ポンプと前記加熱部と、前記チラー部と、前記切換弁とを制御するバッテリー温度管理装置。
  2. 前記熱交換流路が、前記電動ポンプと前記チラー部と前記加熱部とを直列に配置した主流路と、前記モジュールを構成する複数の前記セルに対して所定の順序で前記熱媒流体を流す調温流路とを備え、
    前記切換弁が、前記調温流路に対して順方向に前記熱媒流体を流す順流状態と、前記調温流路に対して前記順方向と逆方向に前記熱媒流体を流す逆流状態とに切り換え自在に構成されている請求項１に記載のバッテリー温度管理装置。
  3. 前記温度制御ユニットは、複数の前記温度センサで検出された温度のうちの最高温値と、最低温値との差が予め設定された設定値を超えた場合に、前記切換弁を制御して前記熱媒流体の流動方向を切り換える請求項１又は２に記載のバッテリー温度管理装置。
  4. 前記温度制御ユニットは、１つの前記モジュールを構成する複数の前記セルの温度を各別に検出する複数の前記温度センサで検出された温度のうちの最高温度値と、最低温度値との差が、予め設定された設定値を超えた場合に前記熱媒流体の流動方向を切り換える請求項１又は２に記載のバッテリー温度管理装置。
  5. 前記温度制御ユニットが、複数の前記温度センサの少なくとも１つで検出される温度情報が低温設定値未満である場合に、前記電動ポンプを作動させると共に、前記加熱部で前記熱媒流体を加熱し、複数の前記温度センサの少なくとも１つで検出される温度情報が高温設定値を超える場合に、前記電動ポンプを作動させると共に、前記チラー部で前記熱媒流体を冷却する請求項１〜４のいずれか一項に記載のバッテリー温度管理装置。
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